Андреевское отражение ( AR ), названное в честь русского физика Александра Ф. Андреева , представляет собой тип рассеяния частиц, который происходит на границах раздела между сверхпроводником (S) и материалом в нормальном состоянии (N). Это процесс переноса заряда, с помощью которого нормальный ток в N преобразуется в сверхток в S. Каждое отражение Андреева передает заряд 2e через границу раздела, избегая запрещенной одночастичной передачи в сверхпроводящей энергетической щели .
Обзор [ править ]
В процессе участвует электрон (дырка), падающий на границу раздела из материала в нормальном состоянии при энергиях меньше, чем сверхпроводящая запрещенная зона . Падающий электрон (дырка) образует куперовскую пару в сверхпроводнике с обратным отражением дырки (электрона) с противоположным спином и скоростью, но равным импульсу падающему электрону (дырке), как показано на рисунке. Предполагается, что прозрачность барьера высокая, без оксидного или туннельного слоя, что уменьшает случаи нормального электрон-электронного или дырочного рассеяния на границе раздела. Поскольку пара состоит из вращения вверх и внизЭлектрон, второй электрон (дырка) со спином, противоположным падающему электрону (дырке) из нормального состояния, образует пару в сверхпроводнике и, следовательно, ретроотраженную дырку (электрон). Благодаря симметрии относительно обращения времени, процесс с падающим электроном также будет работать с падающей дыркой (и ретроотраженным электроном).
Этот процесс сильно зависит от спина - если только одна спиновая полоса занята электронами проводимости в материале с нормальным состоянием ( т. Е. Полностью спин-поляризована), андреевское отражение будет подавлено из-за неспособности образовать пару в сверхпроводнике. и невозможность передачи одиночных частиц. В ферромагнетике или материале, где спиновая поляризация существует или может быть индуцирована магнитным полем, сила андреевского отражения (и, следовательно, проводимость перехода) является функцией спиновой поляризации в нормальном состоянии.
Спиновая зависимость AR приводит к появлению метода точечного контактного андреевского отражения (или PCAR), при котором узкий сверхпроводящий наконечник (часто ниобий , сурьма или свинец ) вводится в контакт с нормальным материалом при температурах ниже критической температуры наконечника. . Подавая напряжение на наконечник и измеряя дифференциальную проводимость между ним и образцом, можно определить спиновую поляризацию нормального металла в этой точке (и магнитное поле). Это полезно в таких задачах, как измерение спин-поляризованных токов или определение характеристик спиновой поляризации слоев материала или массивных образцов, а также влияния магнитных полей на такие свойства.
В процессе AR разность фаз между электроном и дыркой равна −π / 2 плюс фаза сверхпроводящего параметра порядка .
Скрещенное Андреевское отражение [ править ]
Перекрестное Андреевское отражение, или CAR, также известное как нелокальное Андреевское отражение, возникает, когда два пространственно разделенных электрода из материала в нормальном состоянии образуют два отдельных перехода со сверхпроводником, причем расстояние между переходами составляет порядок длины сверхпроводящей когерентности BCS рассматриваемого материала. . В таком устройстве обратное отражение дырки от процесса андреевского отражения, возникающее в результате падающего электрона при энергиях, меньших, чем сверхпроводящий зазор в одном выводе, происходит во втором пространственно разделенном нормальном выводе с тем же переносом заряда, что и в нормальном процессе AR. к куперовской паре в сверхпроводнике. [1]Для возникновения CAR на каждом нормальном электроде должны существовать электроны с противоположным спином (чтобы образовать пару в сверхпроводнике). Если нормальный материал представляет собой ферромагнетик, это может быть гарантировано созданием противоположной спиновой поляризации посредством приложения магнитного поля к нормальным электродам с различной коэрцитивной силой .
CAR происходит в конкуренции с упругим cotunelling или EC, квантово-механическим туннелированием электронов между нормальными выводами через промежуточное состояние в сверхпроводнике. Этот процесс сохраняет спин электрона. Таким образом, обнаруживаемый потенциал CAR на одном электроде при приложении тока к другому может быть замаскирован конкурирующим процессом EC, что затрудняет четкое обнаружение. Кроме того, нормальное андреевское отражение может происходить на любой границе в сочетании с другими процессами нормального рассеяния электронов на границе нормальный / сверхпроводник.
Этот процесс представляет интерес для формирования твердотельной квантовой запутанности путем образования пространственно разделенной запутанной пары электрон-дырка (Андреева) с приложениями в спинтронике и квантовых вычислениях .
Ссылки [ править ]
- ^ Джузеппе Фальчи ; Денис Файнберг ; Фрэнк Хеккинг (апрель 2001 г.). «Коррелированное туннелирование в сверхпроводник в многозондовой гибридной структуре». Письма Еврофизики . 54 (2): 255–261. arXiv : cond-mat / 0011339 . Bibcode : 2001EL ..... 54..255F . DOI : 10,1209 / EPL / i2001-00303-0 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Книги
- де Женн, PG (1966). Сверхпроводимость металлов и сплавов . Нью-Йорк: В. А. Бенджамин. ISBN 978-0-7382-0101-6.
- Тинкхэм, М (2004). Введение в сверхпроводимость (второе изд.). Нью-Йорк: Дувр. ISBN 978-0-486-43503-9.
- Статьи
- Андреев А.Ф. (1964). «Теплопроводность промежуточного состояния сверхпроводников». Сов. Phys. ЖЭТФ . 19 : 1228.
- Blonder, GE; Тинкхэм, М .; Клапвейк, TM (1982). «Переход от металлического к туннельному режимам в сверхпроводящих микроструктурах: избыточный ток, дисбаланс заряда и сверхтоковое преобразование». Phys. Rev. B . 25 (7): 4515. Bibcode : 1982PhRvB..25.4515B . DOI : 10.1103 / PhysRevB.25.4515 .
- Октавио, М. Тинкхэм, М .; Blonder, GE; Клапвейк TM (1983). «Субгармоническая запрещенная структура в сверхпроводящих сужениях». Phys. Rev. B . 27 (11): 6739. Bibcode : 1983PhRvB..27.6739O . DOI : 10.1103 / PhysRevB.27.6739 .
- де Йонг, MJM; Бинаккер, CWJ (1995). "Андреевское отражение в переходах ферромагнетик-сверхпроводник". Phys. Rev. Lett . 74 (9): 1657–1660. arXiv : cond-mat / 9410014 . Bibcode : 1995PhRvL..74.1657D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.74.1657 . PMID 10059084 .
- RJ Soulen Jr .; Дж. М. Байерс; Ософский М.С. Б. Надгорный; Т. Амвросий; С.Ф. Ченг; и другие. (1998). «Измерение спиновой поляризации металла со сверхпроводящим точечным контактом». Наука . 282 (5386): 85–88. Bibcode : 1998Sci ... 282 ... 85S . DOI : 10.1126 / science.282.5386.85 . PMID 9756482 .
- Бинаккер, CWJ (2000). Почему у перехода металл-сверхпроводник есть сопротивление? . Квантовые мезоскопические явления и мезоскопические устройства в микроэлектронике . 559 . С. 51–60. arXiv : cond-mat / 9909293 . Bibcode : 1999 second.mat..9293B . DOI : 10.1007 / 978-94-011-4327-1_4 . ISBN 978-0-7923-6626-3.
